PCE | 特异响应茉莉素动态变化的荧光蛋白活体成像小麦系统

小麦是在世界范围内广泛种植的谷类作物，是人类的主粮之一，为人类提供20%以上的能量和蛋白质。随着世界人口的不断增加以及极端气候的频繁发生，稳步提高小麦产量成为保障人类社会可持续发展的主要挑战之一。植物激素是一大类天然存在的低丰度关键分子，可以通过影响多种生理过程来调节作物产量，例如种子萌发、营养生长、开花、种子发育、衰老、休眠、对生物和非生物胁迫反应的适应等。因此，了解小麦对植物激素的响应特征是开展小麦稳产、高产基础研究的关键。

近日，复旦大学生命科学学院/中国农业大学农学院小麦中心缑金营课题组在国际知名期刊Plant, Cell & Environment 上发表了题为“Hormone-response transcriptional landscapes of wheat seedlings and the development of a JA fluorescent reporter”的研究论文。该论文比较了小麦幼苗对细胞分裂素 (6-BA)、脱落酸 (ABA)、赤霉酸 (GA)、茉莉素(JA) 和水杨酸 (SA)等五种植物激素的转录组，获得了激素的特异响应基因。鉴于课题组前期发现茉莉素可以促进光合而增加小麦产量（Chen et al, Nature Communications， 2020），而且茉莉素影响籽粒酚类化合物而调控籽粒抗氧化活性（Zhang et al, Food Chemistry， 2022），研究人员以茉莉素标志基因为出发点开展了研究。

植物内源激素在各类生物过程中的动态变化一直以来都是植物基础研究的重要方向。经典色谱方法虽然可以精确量化组织中的植物激素，但是会对组织造成破坏，而且在时空敏感性具有一定的局限性。近年来，基因编码的植物激素生物传感器成为人们更加青睐的研究手段，在监测微量信号分子及其在生物体内的动态变化方面起到愈发关键的作用。

研究人员首先用五种植物激素处理六倍体小麦Fielder的幼苗，获得了全基因组水平的转录图谱；初步筛选了可以稳定、特异地响应各激素的候选标志基因，选取了部分基因进行qRT-PCR验证；进而确定了被JA特异性诱导表达的标志基因，构建了该基因启动子驱动 绿色荧光蛋白（3xEGFP）的转基因系。当用五种激素处理该转基因系幼苗时，该转基因系呈现对JA特异地荧光响应。该转基因系不仅可以响应外源茉莉素，还可以指示内源茉莉素的变化。研究者在转基因小麦上接种了被称为“小麦癌症”的条锈菌，发现接种8天后，病菌入侵位点周围的两层细胞会表现出显著的荧光。因此，该转基因植物可以用于植物逆境或者其他生长发育过程中JA的动态调控的研究。

通过本论文，研究人员揭示了小麦幼苗全基因组水平响应植物激素的转录变化，成功开发了茉莉素活体成像转基因小麦，为建立作物激素活体成像系统提供了参考。根据本论文提供的信息，未来一系列植物激素指示系统的开发，有利于监测作物中植物激素的动态变化过程，为粮食安全的基础研究提供有力的工具。

复旦大学生命科学学院博士研究生李笑铭为论文的第一作者，复旦大学/中国农业大学缑金营教授为论文通讯作者，研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14443

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转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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